(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチユーザＭＩＭＯ（Multiple-Input  and  Multiple-Output）システム及びシングルユーザＭＩＭＯシステムのプリコーディング行列のフィードバックをサポートする移動端末における無線通信方法であって、
前記移動端末において、少なくともゲイン情報及び相対位相情報を含むチャネル状態情報を得るステップと、
ｂｇ，ｐ１，ｐ２及びｐ３のビット群を含む複数のプリコーディング行列を、少なくともアンテナ要素間の前記ゲイン情報と前記相対位相情報を用いた量子化によりそれぞれ生成するステップと、
生成したプリコーディング行列の中で最適なプリコーディング行列を選択するステップと、
選択したプリコーディング行列を表すビットシーケンスを基地局に送信するステップとを具備し、
前記ｂｇは、前記プリコーディング行列の各要素を定義するパラメータの１つであり、ゲインベクトルと置換の組み合わせを指定し、前記ｐ１及びｐ２は、プリコーディング行列の各要素を定義するパラメータであり、２つのサブベクトル内相対位相スカラーθ１，θ２を示し、ｐ３は、プリコーディング行列の各要素を定義するパラメータであり、サブベクトル間位相スカラーθ３を示すことを特徴とする無線通信方法。
【請求項２】
前記プリコーディング行列の少なくとも一つが、少なくとも８ビットで量子化され、少なくとも前記チャネル状態情報によって異なるビット置換をｂｇ，ｐ１，ｐ２及びｐ３にそれぞれ適応割当て可能であることを特徴とする、請求項１に記載の無線通信方法。
【請求項３】
前記移動端末における量子化が、
置換−ゲインのジョイント・コードブックにおいてインデックスを指定するｂｇフィードバックビットを定義することにより、置換とゲインの情報を選択するステップと、
前記置換に基づきターゲットベクトルを２つのサブベクトルに分割するステップと、
前記θ１を表すｐ１ビットを定義することによりサブベクトル１のサブベクトル内位相情報を選択するステップと、
前記θ２を表すｐ２ビットを定義することによりサブベクトル２のサブベクトル内位相情報を選択するステップと、
前記θ３を表すｐ３ビットを定義することによりサブベクトル間位相を選択するステップと、
ｂｇ，ｐ１，ｐ２及びｐ３ビットの情報を、選択したプリコーディング行列のビットシーケンスにまとめて基地局に送信するステップとを備えることを特徴とする、請求項１に記載の無線通信方法。
【請求項４】
置換とゲインの情報を選択するステップがさらに、
２ビットコードブックを使用するとき、最大ゲインのアンテナを選択するステップと、
３ビットコードブック又は４ビットコードブックを使用するとき、最大ゲインのアンテナを２本選択し、その良いほうを選択するステップとを具備し、
ゲインが等しいとき、不平等なゲインベクトルとの置換を考慮して、以下の式に従って、置換とゲインの組み合わせと平等なゲインベクトルの両方について置換−ゲインのインデックス（gaininerp）を計算し、最適な置換−ゲインのインデックスを提供するアンテナを選択することを特徴とする、請求項３に記載の無線通信方法。
【数１】
0005748913.tif 000025
ここで、ｇ＝｛ｇ（１），ｇ（２），ｇ（３），ｇ（４）｝はゲインベクトルを示し、Ｉ＝｛ｉ（１），ｉ（２），ｉ（３），ｉ（４）｝は置換ベクトルを示し、前記式では前記ゲインベクトルと前記置換ベクトルとが最大となるように選択され、前記置換とゲインの組み合わせは前記いずれかのコードブックにより定義されており、ｈ＝｛｜ｑ（１）｜，｜ｑ（２）｜，｜ｑ（３）｜，｜ｑ（４）｜｝は、前記移動端末側において求められたチャネル方向性ベクトルｑ＝｛ｑ（１），ｑ（２），ｑ（３），ｑ（４）｝からゲインの情報を抽出したベクトルを示す。
【請求項５】
サブベクトル１についてサブベクトル内位相情報を選択するステップはさらに、
ｇ（１）＝ｇ（２）のとき、以下の式により最適なインデックスを定義するステップと、
【数２】
0005748913.tif 000026
ここで、φ１,ｎはサブベクトル内位相コードブック１の要素を示し、ｑ１はターゲットベクトルをサブベクトルに分けた場合の１サブベクトルである前記サブベクトル１を示すものであり、
φ１，ｎ＊として最適なベクトルを定義するステップと、
ｇ（１）がｇ（２）に等しくないとき、以下の式により最適インデックスを定義するステップとを具備することを特徴とする、請求項３に記載の無線通信方法。
【数３】
0005748913.tif 000027
【請求項６】
サブベクトル２についてサブベクトル内位相情報を選択するステップはさらに、
ｇ（３）＝ｇ（４）のとき、以下の式により最適なインデックスを定義するステップと、
【数４】
0005748913.tif 000028
ここで、φ２，ｍはサブベクトル内位相コードブック２の要素を示し、ｑ２はターゲットベクトルをサブベクトルに分けた場合の１サブベクトルである前記サブベクトル２を示し、
φ２，ｍ＊として最適なベクトルを定義するステップと、
以下の式によりｇ（３）がｇ（４）に等しくない場合の最適インデックスを定義するステップとを具備することを特徴とする、請求項３に記載の無線通信方法。
【数５】
0005748913.tif 000029
【請求項７】
サブベクトル間位相を選択するステップがさらに、
サブベクトル内位相の選択により得られたｑ１とｑ２のサブベクトル間位相を選択するステップと、
以下の式を定義するステップと、
【数６】
0005748913.tif 000030
ここで、φ１，ｎ＊、φ１，ｍ＊は最適ベクトルを示し、
サブベクトル間位相のインデックスを以下の式により定義するステップと、
【数７】
0005748913.tif 000031
ωｒ＊により最適サブベクトル間位相を定義するステップとを具備することを特徴とする、請求項３に記載の無線通信方法。
【請求項８】
適応ビット割当てと位相成分を用いた移動端末における量子化が、
置換−ゲインのジョイント・コードブックにおいてインデックスを指定するｂｇフィードバックビットを定義することにより、置換とゲインの情報を選択するステップと、
前記置換に基づきターゲットベクトルを２つのサブベクトルに分割するステップと、
置換−ゲインのジョイント・コードブックのインデックスから位相成分へのビット割当て｛ｐ１，ｐ２，ｐ３｝を導くステップと、
ｐ１として、前記θ１を表すｐ１ビットを定義することによりサブベクトル１のサブベクトル内位相情報を選択するステップと、
ｐ２として、前記θ２を表すｐ２ビットを定義することによりサブベクトル２のサブベクトル内位相情報を選択するステップと、
前記θ３を表すｐ３ビットを定義することによりサブベクトル間位相を選択するステップと、
ｂｇ，ｐ１，ｐ２及びｐ３ビットの情報を、選択したプリコーディング行列のビットシーケンスにまとめて基地局に送信するステップとを備えることを特徴とする、請求項１に記載の無線通信方法。
【請求項９】
置換とゲインの情報を選択するステップがさらに、
２ビットコードブックを使用するとき、２ビットコードブックを使用したとき最大ゲインとなるアンテナを選択するステップと、
３ビットコードブック又は４ビットコードブックを使用するとき、最大ゲインのアンテナを２本選択し、その良いほうを選択するステップとを具備し、
ゲインが等しいとき、不平等なゲインベクトルの置換を考慮して、以下の式に従って、置換とゲインの組み合わせと平等なゲインベクトルの両方について置換とゲインのインデックス（gaininerp）を計算し、最適な置換−ゲインのインデックスを提供するアンテナを選択することを特徴とする、請求項８に記載の無線通信方法。
【数８】
0005748913.tif 000032
ここで、ｇ＝｛ｇ（１），ｇ（２），ｇ（３），ｇ（４）｝はゲインベクトルを示し、Ｉ＝｛ｉ（１），ｉ（２），ｉ（３），ｉ（４）｝は置換ベクトルを示し、前記式では前記ゲインベクトルと前記置換ベクトルとが最大となるように選択され、前記置換とゲインの組み合わせは前記いずれかのコードブックにより定義されており、ｈ＝｛｜ｑ（１）｜，｜ｑ（２）｜，｜ｑ（３）｜，｜ｑ（４）｜｝は、前記移動端末側において求められたチャネル方向性ベクトルｑ＝｛ｑ（１），ｑ（２），ｑ（３），ｑ（４）｝からゲインの情報を抽出したベクトルを示す。
【請求項１０】
位相成分へのビット割当て｛ｐ１，ｐ２，ｐ３｝を導くステップがさらに、
dBdiff=log(||[g2(1),g2(2)]||/||[g2(3),g2(4)]||)を計算するステップを具備し、
dBdiffの概整数値によりｐ１，ｐ２，ｐ３のビット割当てを定義することを特徴とする、請求項８に記載の無線通信方法。
【請求項１１】
ｐ１についてサブベクトル１のサブベクトル内位相情報を選択するステップがさらに、
ｇ２（１）＝ｇ２（２）の場合、最適インデックスを以下の式により定義するステップと、
【数９】
0005748913.tif 000033
ここで、φ１,ｎはサブベクトル内位相コードブック１の要素を示し、ｑ１はターゲットベクトルをサブベクトルに分けた場合の１サブベクトルである前記サブベクトル１を示すものであり、
φ１，ｎ＊により最適ベクトルを定義するステップと、
ｇ２（１）がｇ２（２）に等しくない場合、最適インデックスを以下の式で定義するステップとを具備することを特徴とする、請求項８に記載の無線通信方法。
【数１０】
0005748913.tif 000034
【請求項１２】
ｐ２についてサブベクトル２のサブベクトル内位相情報を選択するステップがさらに、
ｇ２（３）＝ｇ２（４）の場合、最適インデックスを以下の式により定義するステップと、
【数１１】
0005748913.tif 000035
ここで、φ２,ｍはサブベクトル内位相コードブック２の要素を示し、ｑ２はターゲットベクトルをサブベクトルに分けた場合の１サブベクトルである前記サブベクトル２を示し、
φ２，ｍ＊により最適ベクトルを定義するステップと、
ｇ２（３）がｇ２（４）に等しくない場合、最適インデックスを以下の式で定義することを特徴とする、
請求項８に記載の無線通信方法。
【数１２】
0005748913.tif 000036
【請求項１３】
ｐ３についてサブベクトル間位相を選択するステップがさらに、
以下を定義するステップと、
【数１３】
0005748913.tif 000037
ここで、φ１，ｎ＊、φ１，ｍ＊は最適ベクトルを示し、
以下によりサブベクトル間位相のインデックスを定義するステップと、
【数１４】
0005748913.tif 000038
ωｒ＊により最適サブベクトル間位相を定義するステップとを具備することを特徴とする、請求項８に記載の無線通信方法。
【請求項１４】
実行時に、マルチユーザＭＩＭＯ（Multiple-Input  and  Multiple-Output）システム及びシングルユーザＭＩＭＯシステムのプリコーディング行列のフィードバックをサポートする移動端末における無線通信方法を行うように構成されたソフトウェア命令を備える非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記無線通信方法が、
前記移動端末において、少なくともゲイン情報及び相対位相情報を含むチャネル状態情報を得るステップと、
ｂｇ，ｐ１，ｐ２及びｐ３のビット群を含む複数のプリコーディング行列を、少なくともアンテナ要素間の前記ゲイン情報及び前記相対位相情報を用いた量子化によりそれぞれ生成するステップと、
生成したプリコーディング行列の中で最適なプリコーディング行列を選択するステップと、
選択したプリコーディング行列を表すビットシーケンスを基地局に送信するステップとを具備し、
前記ｂｇは、前記プリコーディング行列の各要素を定義するパラメータの１つであり、ゲインベクトルと置換の組み合わせを指定し、前記ｐ１及びｐ２は、プリコーディング行列の各要素を定義するパラメータであり、２つのサブベクトル内相対位相スカラーθ１，θ２を示し、ｐ３は、プリコーディング行列の各要素を定義するパラメータであり、サブベクトル間位相スカラーθ３を示すことを特徴とする非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１５】
前記移動端末における量子化が、
置換−ゲインのジョイント・コードブックにおいてインデックスを指定するｂｇフィードバックビットを定義することにより、置換とゲインの情報を選択するステップと、
前記置換に基づきターゲットベクトルを２つのサブベクトルに分割するステップと、
前記θ１を表すｐ１ビットを定義することによりサブベクトル１のサブベクトル内位相情報を選択するステップと、
前記θ２を表すｐ２ビットを定義することによりサブベクトル２のサブベクトル内位相情報を選択するステップと、
前記θ３を表すｐ３ビットを定義することによりサブベクトル間位相を選択するステップと、
ｂｇ，ｐ１，ｐ２及びｐ３ビットの情報を、選択したプリコーディング行列のビットシーケンスにまとめて基地局に送信するステップとを備えることを特徴とする、請求項１４に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１６】
置換とゲインの情報を選択するステップがさらに、
２ビットコードブックを使用するとき、最大ゲインのアンテナを選択するステップと、
３ビットコードブック又は４ビットコードブックを使用するとき、最大ゲインのアンテナを２本選択し、その良いほうを選択するステップとを具備し、
ゲインが等しいとき、不平等なゲインベクトルの置換を考慮して、以下の式に従って、置換とゲインの組み合わせと平等なゲインベクトルの両方について置換とゲインのインデックス（gaininerp）を計算し、最適な置換−ゲインのインデックスを提供するアンテナを選択し、
【数１５】
0005748913.tif 000039
ここで、ｇ＝｛ｇ（１），ｇ（２），ｇ（３），ｇ（４）｝はゲインベクトルを示し、Ｉ＝｛ｉ（１），ｉ（２），ｉ（３），ｉ（４）｝は置換ベクトルを示し、前記式では前記ゲインベクトルと前記置換ベクトルとが最大となるように選択され、前記置換とゲインの組み合わせは前記いずれかのコードブックにより定義されており、ｈ＝｛｜ｑ（１）｜，｜ｑ（２）｜，｜ｑ（３）｜，｜ｑ（４）｜｝は、前記移動端末側において求められたチャネル方向性ベクトルｑ＝｛ｑ（１），ｑ（２），ｑ（３），ｑ（４）｝からゲインの情報を抽出したベクトルを示し、
サブベクトル１についてサブベクトル内位相情報を選択するステップがさらに、
ｇ（１）＝ｇ（２）のとき、以下の式により最適なインデックスを定義するステップと、
【数１６】
0005748913.tif 000040
ここで、φ１,ｎはサブベクトル内位相コードブック１の要素を示し、ｑ１はターゲットベクトルをサブベクトルに分けた場合の１サブベクトルである前記サブベクトル１を示すものであり、
φ１，ｎ＊として最適ベクトルを定義するステップと、
ｇ（１）がｇ（２）に等しくないとき、以下の式により最適インデックスを定義するステップとを具備し、
【数１７】
0005748913.tif 000041
サブベクトル２についてサブベクトル内位相情報を選択するステップがさらに、
ｇ（３）＝ｇ（４）のとき、以下の式により最適なインデックスを定義し、
【数１８】
0005748913.tif 000042
ここで、φ２，ｍはサブベクトル内位相コードブック２の要素を示し、ｑ２はターゲットベクトルをサブベクトルに分けた場合の１サブベクトルである前記サブベクトル２を示し、
φ２，ｍ＊により最適ベクトルを定義するステップと、
以下の式によりｇ（３）がｇ（４）に等しくない場合の最適インデックスを定義するステップとを具備し、
【数１９】
0005748913.tif 000043
サブベクトル間位相を選択するステップがさらに、
サブベクトル内位相の選択により得られたｑ１とｑ２のサブベクトル間位相を選択するステップと、
以下の式を定義するステップと、
【数２０】
0005748913.tif 000044
サブベクトル間位相のインデックスを以下の式により定義するステップと、
【数２１】
0005748913.tif 000045
ωｒ＊により最適サブベクトル間位相を定義するステップとを具備することを特徴とする、請求項１５に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１７】
適応ビット割当てと位相成分を用いた移動端末における量子化が、
置換−ゲインのジョイント・コードブックにおいてインデックスを指定するｂｇフィードバックビットを定義することにより、置換とゲインの情報を選択するステップと、
前記置換に基づきターゲットベクトルを２つのサブベクトルに分割するステップと、
置換とゲインのジョイント・コードブックのインデックスから位相成分へのビット割当て｛ｐ１，ｐ２，ｐ３｝を導くステップと、
ｐ１として、前記θ１を表すｐ１ビットを定義することによりサブベクトル１のサブベクトル内位相情報を選択するステップと、
ｐ２として、前記θ２を表すｐ２ビットを定義することによりサブベクトル２のサブベクトル内位相情報を選択するステップと、
ｐ３として、前記θ３を表すｐ３ビットを定義することによりサブベクトル間位相を選択するステップと、
ｂｇ，ｐ１，ｐ２及びｐ３ビットの情報を、選択したプリコーディング行列のビットシーケンスにまとめて基地局に送信するステップとを備えることを特徴とする、請求項１４に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１８】
置換とゲインの情報を選択するステップがさらに、
２ビットコードブックを使用するとき、２ビットコードブックを使用したとき最大ゲインとなるアンテナを選択するステップと、
３ビットコードブック又は４ビットコードブックを使用するとき、最大ゲインのアンテナを２本選択し、その良いほうを選択するステップとを具備し、
ゲインが等しいとき、不平等なゲインベクトルの置換を考慮し、以下の式に従って、置換とゲインの組み合わせと平等なゲインベクトルの両方について置換とゲインのインデックス（gaininerp）を計算し、最適な置換−ゲインのインデックスを提供するアンテナを選択し、
【数２２】
0005748913.tif 000046
ここで、ｇ＝｛ｇ（１），ｇ（２），ｇ（３），ｇ（４）｝はゲインベクトルを示し、Ｉ＝｛ｉ（１），ｉ（２），ｉ（３），ｉ（４）｝は置換ベクトルを示し、前記式では前記ゲインベクトルと前記置換ベクトルとが最大となるように選択され、前記置換とゲインの組み合わせは前記いずれかのコードブックにより定義されており、ｈ＝｛｜ｑ（１）｜，｜ｑ（２）｜，｜ｑ（３）｜，｜ｑ（４）｜｝は、前記移動端末側において求められたチャネル方向性ベクトルｑ＝｛ｑ（１），ｑ（２），ｑ（３），ｑ（４）｝からゲインの情報を抽出したベクトルを示し、
位相成分へのビット割当て｛ｐ１，ｐ２，ｐ３｝を導くステップがさらに、
dBdiff=log(||[g2(1),g2(2)]||/||[g2(3),g2(4)]||)を計算するステップを具備し、
dBdiffの概整数値によりｐ１，ｐ２，ｐ３のビット割当てを定義し、
ｐ１についてサブベクトル１のサブベクトル内位相情報を選択するステップがさらに、
ｇ２（１）＝ｇ２（２）の場合、最適インデックスを以下の式により定義するステップと、
【数２３】
0005748913.tif 000047
ここで、φ１,ｎはサブベクトル内位相コードブック１の要素を示し、ｑ１はターゲットベクトルをサブベクトルに分けた場合の１サブベクトルである前記サブベクトル１を示すものであり、
φ１，ｎ＊により最適ベクトルを定義するステップと、
ｇ２（１）がｇ２（２）に等しくない場合、最適インデックスを以下の式で定義するステップとを具備し、
【数２４】
0005748913.tif 000048
ｐ２についてサブベクトル２のサブベクトル内位相情報を選択するステップがさらに、
ｇ２（３）＝ｇ２（４）の場合、最適インデックスを以下の式により定義するステップと、
【数２５】
0005748913.tif 000049
ここで、φ２，ｍはサブベクトル内位相コードブック２の要素を示し、ｑ２はターゲットベクトルをサブベクトルに分けた場合の１サブベクトルである前記サブベクトル２を示し、
φ２，ｍ＊により最適ベクトルを定義するステップと、
２（３）がｇ２（４）に等しくない場合、最適インデックスを以下の式で定義するステップとを具備し、
【数２６】
0005748913.tif 000050
ｐ３についてサブベクトル間位相を選択するステップがさらに、
以下を定義するステップと、
【数２７】
0005748913.tif 000051
以下によりサブベクトル間位相インデックスを定義するステップと、
【数２８】
0005748913.tif 000052
ωｒ＊により最適サブベクトル間位相を定義するステップとを具備することを特徴とする、請求項１７に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１９】
マルチユーザＭＩＭＯ（Multiple-Input  and  Multiple-Output）システム及びシングルユーザＭＩＭＯシステムのプリコーディング行列のフィードバックをサポートする移動端末であって、
プリコーディング行列を選択する構造化されたコードブックであって、ゲインと置換のジョイント・コードブック、サブベクトル内位相コードブック及びサブベクトル間位相コードブックを有するコードブックと、
少なくともゲイン情報及び相対位相情報を含むチャネル状態情報（ＣＳＩ）を受信する移動端末の受信部と、
最適プリコーディング行列についてゲインと置換のジョイント・コードブック、サブベクトル内位相コードブック及びサブベクトル間位相コードブックのそれぞれのビット割当てを示すビットシーケンスを、少なくともアンテナ要素間の前記ゲイン情報及び前記相対位相情報を用いて生成する移動端末の生成部と、
少なくとも前記ビットシーケンスを基地局に送信する移動端末の送信部とを備えることを特徴とする移動端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１１年１０月２７日出願の米国仮出願第６１／５５２，２７３号を優先権主張するものであり、その内容全体を参照により包含するものとする。
【０００２】
本発明の一つまたは複数の実施形態は、無線通信技術に関するものである。具体的に、本発明の一つまたは複数の実施形態は、プリコーディング行列を表すビットシーケンスを使用してユーザのチャネル状態情報（ＣＳＩ：Channel  State  Information）を示すマルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ：Multi-User  Multiple-Input,  Multiple-Output）やシングルユーザＭＩＭＯ（ＳＵ−ＭＩＭＯ：Single-User  Multiple-Input,  Multiple-Output）システムの性能改善に用いられるものである。
【背景技術】
【０００３】
ＭＵ−ＭＩＭＯや、ＳＵ−ＭＩＭＯも形態によっては、送信アンテナ（たとえば、基地局におけるアンテナ）と一つまたは複数の受信装置（たとえば、一つまたは複数の移動端末）における受信アンテナの間のチャネル状態情報（ＣＳＩ）を、送信側が知っていることが求められる。ＭＵ−ＭＩＭＯにおいては、特に、そのＣＳＩについての情報の精度に影響を受ける。具体的に、送信装置で想定されて、接続するユーザの選択、そのユーザへのレートの割当て、そしてそのユーザへデータストリームを運ぶビームフォーミングベクトルの形成に使用されるＣＳＩが、送信時の時間と周波数での実際のＣＳＩと異なる場合、高いレベルの干渉が複数の異なるユーザのストリーム間に起こり得る。この“内部での”送信干渉により、ＭＵ−ＭＩＭＯのサポートするレートが大きく制限されることになる。
【０００４】
送信装置や受信装置で認識されるＣＳＩの“精度”を判定するには、多くの要素が関わってくる。その要素には、チャネルの物理特性、たとえば、時間及び／または周波数におけるチャネルの変動がいかに速いか等に依るものがある。また、システム設計による制限、たとえば、受信装置でのＣＳＩの推定時と、ＣＳの送信装置へのフィードバック時と、送信装置で最終的に使用してデータ送信の方向付けする時とで時間遅延に依るものがある。他の要素としては、受信側がＣＳＩをデジタルフィードバックによって送信装置へ示すのに使用するビット数がある。現在リリースされている３ＧＰＰのＬＴＥ設計では、ランク１のチャネルを示すのに使用するビットは４ビットのみである。
【０００５】
干渉により制限され得るこの４ビットのＬＴＥ設計を使用する理由の一部に、ＬＴＥが過去に、ＣＳが時間及び／または周波数において急速に変化するシナリオやチャネルフィードバックが広い帯域幅（たとえば、５−２０ＭＨｚ）に渡る状態を示さなければならないシナリオに非常に重きを置いていたことが挙げられる。その場合、チャネルの変動（dynamics）がＣＳフィードバックの精度を支配しており、ＭＵ−ＭＩＭＯは、そのような理由により、フィードバックによる制限以上に効率よく作用しない。他にも、ＣＳに高い精度を要求しないＳＵ−ＭＩＭＯがより重要視されていることが挙げられる。
【０００６】
ＭＵ−ＭＩＭＯが効率的に作用するチャネル変動の速度が遅い時でも、４ビットを超えるフィードバックを考慮する際の問題点として、ランクｎ＞１のフィードバックもサポートする大きなコードブックを設計することが挙げられる。たとえば、ユーザが４ｘ２ＣＳのｎ＝２のサブスペースを表したい場合である。他にも、送信リソースや計算／受信装置の複雑性の観点から、多くのＣＳＩのビットを使用する問題が挙げられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような問題は、移動のより少ないユーザやより小さいセルなどのチャネル変化の少ないケースに目を向けると、それほど重要でない。さらに、複数のユーザの場合のＭＩＭＯ周波数利用効率の改善は、最終的にはＳＵ−ＭＩＭＯの改良のもとにＭＵ−ＭＩＭＯが効率的に動作することにある。したがって、ＭＵ−ＭＩＭＯを改良し、ＳＵ−ＭＩＭＯに比べて大きな周波数利用効率が得られるようにすることに重点を移すことにする。そうするために、ＣＳＩにおいてより多くのフィードバックビットをサポートする必要がある。
【０００８】
ＬＴＥはまた、目下、ＦＦＴやハウスホルダー変換に基づく設計を含む様々なコードブック設計をサポートしている。Ｎ本の送信アンテナで動作させるためには、設計において、正規直交のＮｘＮ“プリコーディング行列”（ＰＭ）が定義される。各ＰＭは、コードブックからの選択されたコードベクトルエントリ（プリコーディング行列）を示すビットシーケンスを含む“プリコーディング行列インジケータ”（ＰＭＩ：Precoding  Matrix  Indicator）により選択可能である。しかしながら、ＬＴＥ設計ではむしろ制限されており、アンテナエレメントはすべて同じゲインが与えられ、わずかなＰＭしか使用しない。つまり、アンテナ間でのゲイン−ベクトルの概念がない。さらに、ＬＴＥや学術的な貢献では、“局内”（intra-site）や“局間”（inter-site）のアンテナ位相差を使用した設計が示されてきたが、かかる設計では、この特別な設計や方法で説明するいくつかの特徴は含まれていなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一つまたは複数の実施形態によると、マルチユーザＭＩＭＯ（Multiple-Input  and  Multiple-Output）システム及びシングルユーザＭＩＭＯシステムのプリコーディング行列のフィードバックをサポートする移動端末における無線通信方法であって、前記移動端末において、少なくともゲイン情報及び相対位相情報を含むチャネル状態情報を得るステップを有している。また、当該無線通信方法は、ｂｇ，ｐ１，ｐ２及びｐ３のビット群を含む複数のプリコーディング行列を、少なくともアンテナ要素間の前記ゲイン情報及び前記相対位相情報を用いた量子化によりそれぞれ生成するステップを有している。また、当該無線通信方法は、さらに生成したプリコーディング行列の中で最適なプリコーディング行列を選択するステップと、選択したプリコーディング行列を表すビットシーケンスを基地局に送信するステップとを具備し、前記ｂｇは、前記プリコーディング行列の各要素を定義するパラメータの１つであり、ゲインベクトルと置換の組み合わせを指定し、前記ｐ１及びｐ２は、プリコーディング行列の各要素を定義するパラメータであり、２つのサブベクトル内相対位相スカラーθ１，θ２を示し、ｐ３は、プリコーディング行列の各要素を定義するパラメータであり、サブベクトル間位相スカラーθ３を示す。
【００１０】
本発明の一つまたは複数の実施形態によると、非一時的コンピュータ可読媒体は、実行時に、マルチユーザＭＩＭＯ（Multiple-Input  and  Multiple-Output）システム及びシングルユーザＭＩＭＯシステムのプリコーディング行列のフィードバックをサポートする移動端末における無線通信方法を行うように構成されたソフトウェア命令を備える。また、当該非一時的コンピュータ可読媒体は、前記移動端末において、少なくともゲイン情報及び相対位相情報を含むチャネル状態情報を得るステップと、ｂｇ，ｐ１，ｐ２及びｐ３のビット群を含む複数のプリコーディング行列を、少なくともアンテナ要素間の前記ゲイン情報及び前記相対位相情報を用いた量子化によりそれぞれ生成するステップとを有する。非一時的コンピュータ可読媒体は、さらに生成したプリコーディング行列の中で最適なプリコーディング行列を選択するステップと、選択したプリコーディング行列を表すビットシーケンスを基地局に送信するステップとを具備し、前記ｂｇは、前記プリコーディング行列の各要素を定義するパラメータの１つであり、ゲインベクトルと置換の組み合わせを指定し、前記ｐ１及びｐ２は、プリコーディング行列の各要素を定義するパラメータであり、２つのサブベクトル内相対位相スカラーθ１，θ２を示し、ｐ３は、プリコーディング行列の各要素を定義するパラメータであり、サブベクトル間位相スカラーθ３を示す。
【００１１】
本発明の一つまたは複数の実施形態によると、移動端末は、マルチユーザＭＩＭＯ（Multiple-Input and Multiple-Output）システム及びシングルユーザＭＩＭＯシステムのプリコーディング行列のフィードバックをサポートする。また、当該移動端末は、プリコーディング行列を選択する構造化されたコードブックであって、ゲインと置換のジョイント・コードブック、サブベクトル内位相コードブック及びサブベクトル間位相コードブックを有するコードブックを有する。また、当該移動端末は、少なくともゲイン情報及び相対位相情報を含むチャネル状態情報（ＣＳＩ）を受信する移動端末の受信部を有する。また、当該移動端末は、さらに最適プリコーディング行列についてゲインと置換のジョイント・コードブック、サブベクトル内位相コードブック及びサブベクトル間位相コードブックのそれぞれのビット割当てを示すビットシーケンスを、少なくともアンテナ要素間の前記ゲイン情報及び前記相対位相情報を用いて生成する生成部を有している。また、当該移動端末は、少なくとも前記ビットシーケンスを基地局に送信する移動端末の送信部とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の他の態様及び利点は、以下の説明及び別紙の請求の範囲により明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の一つまたは複数の実施形態による量子化プロセスを示すフローチャートである。
【図２】本開示の一つまたは複数の実施形態による位相成分への適応ビット割当てを用いた量子化プロセスを示すフローチャートである。
【図３】本開示の一つまたは複数の実施形態による２ビットのゲインと置換のジョイント・コードブックの表１である。
【図４】本開示の一つまたは複数の実施形態による３ビットのゲインと置換のジョイント・コードブックの表２である。
【図５】本開示の一つまたは複数の実施形態による４ビットのゲインと置換のジョイント・コードブックの表３である。
【図６】本開示の一つまたは複数の実施形態による４ビットのゲイン、置換及びビット割当てのジョイント・コードブックの表４である。
【図７Ａ】本開示の一つまたは複数の実施形態による提案したコードブック構造を用いたシングル４ｘ１ターゲットベクトルへのマッチングに基づくランク１、低複雑性ＰＭＩサーチのフローチャートを示す表５である。
【図７Ｂ】本開示の一つまたは複数の実施形態による提案したコードブック構造を用いたシングル４ｘ１ターゲットベクトルへのマッチングに基づくランク１、低複雑性ＰＭＩサーチのフローチャートを示す表５である。
【図７Ｃ】本開示の一つまたは複数の実施形態による提案したコードブック構造を用いたシングル４ｘ１ターゲットベクトルへのマッチングに基づくランク１、低複雑性ＰＭＩサーチのフローチャートを示す表５である。
【図８Ａ】本開示の一つまたは複数の実施形態によるアンテナ１，２とアンテナ３，４のゲイン差Ｇｄｉｆｆを含む動作フローを示す表６である。
【図８Ｂ】本開示の一つまたは複数の実施形態によるアンテナ１，２とアンテナ３，４のゲイン差Ｇｄｉｆｆを含む動作フローを示す表６である。
【図８Ｃ】本開示の一つまたは複数の実施形態によるアンテナ１，２とアンテナ３，４のゲイン差Ｇｄｉｆｆを含む動作フローを示す表６である。
【図８Ｄ】本開示の一つまたは複数の実施形態によるアンテナ１，２とアンテナ３，４のゲイン差Ｇｄｉｆｆを含む動作フローを示す表６である。
【図９】Line  of  Sight  Dataがなく、１／２波長アンテナ間隔のＩＴＵ−Ｒ  Urban  Micro  Channel  modelのテストデータから得た最適設計を示す表７であり、性能は、本開示の一つまたは複数の実施形態による予想量子化エラー動作のlog2()値（低い値ほど良い）で求める。
【図１０】“Rank  Indicator”を介してランクの表示方法とランク１，２，３，４の関連ベクトルを表す方法を示す表８である。
【図１１】本開示の一つまたは複数の実施形態によるベクトルに付随するランク２のフレキシブルに定義したランク２またはランク１の表示方法を示す表９である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態においては、本発明をより理解してもらうために多くの詳細内容を具体的に説明していく。しかしながら、この具体的で詳細な説明をなくしても、当業者なら明らかに本発明を実施できるであろう。他にも、本発明が曖昧になるのを避けるため、周知の特徴は詳細に説明しないこととする。
【００１５】
読みやすさと例示説明のため、本開示の一つまたは複数の実施形態は、一般にコードブック設計に関連するものとする。一つまたは複数の実施形態によると、コードブックＷは、チャネル行列またはその固有ベクトル等を量子化するのに用いられるインデックス付きのコードベクトルのセットである。さらに、量子化ビットが増えれば増えるほど、受信側で測定されるチャネルにより正確に一致させることができる。さらに、コードブックに基づくプリコーディング送信をする際に重要な点は、コードブックをどのように設計して、プリコーディング送信ベクトルの生成に使用されるビットを相対的に少ない数だけ送信装置側にフィードバックし、比較的限られた上りリンクリソースを使用するようにするかということである。別の重要な点は、利用可能なセットＷから最適なコードブックベクトルを選択するための計算式をどのように選択するかということである。たとえば、４本の送信アンテナのシナリオにおいて、２本までの受信アンテナを有するユーザがいる場合、システムは、４人のユーザのそれぞれに単一のストリームを送り、ＭＵ−ＭＩＭＯを介して時間と周波数方向に同時にストリームを送信している。このＭＵ−ＭＩＭＯ送信を一緒に行えるようにするために、このケースでは、各ユーザが送信装置に対し、送信装置とその２本の受信アンテナの間の全体で４ｘ２のチャネル状態スペースの４ｘ１の好ましいプリコーディング送信ベクトル（サブスペース表示（すなわち、“rank  1  approximation”））を示す。当業者なら、本発明の実施形態を変更してより多くの送信アンテナと受信アンテンアを備えることができることを理解できよう。したがって、本発明は、４本の送信アンテナと２本の受信アンテナに限定されない。
【００１６】
本開示の一つまたは複数の実施形態によると、アンテナのＣＳが比較的独立しているケースがあり、チャネルが時間（たとえば、２０ｍｓｅｃ）に対し十分に安定し、周波数ブロックに対し（たとえば、１ＭＨｚに渡って）十分にコヒーレントなチャネル／使用の状況で、ＣＳの精度がチャネルの変動やフィードバックの遅延などの影響を強く受けないようなときがある。このような場合において、ユーザの信号対雑音比（ＳＮＲ：Signal  to  Noise  Ratios）が６から１０ｄＢの場合、各ユーザのＣＳＩを表すのに必要な最小限のビットは８から２０の“ＣＳＩフィードバックビット”とすることができる。ＣＳＩフィードバックビットは、十分なＣＳＩ精度を与えるのに必要な最小限のビットであり、それによりＭＵ−ＭＩＭＯ送信が干渉内において強く制限されないものである。
【００１７】
本発明の一つまたは複数の実施形態によると、より多くのＣＳＩフィードバックビット、たとえば、８から１２ビット、２０ビット以上をサポートすることができる複雑性の低い装置及び方法を提供する。設計の構造は、ＣＳＩフィードバックビットを一連の操作で独立してサーチすることができる異なるパラメータに分割する。選んだ特定の構造により、ＣＳＩのフィードバックビットを決定し、ランクやチャネル品質などの関連するパラメータを計算する際の複雑性の低いアプローチが可能になる。ゲインについて、置換とゲインベクトルの組み合わせを介して特定の表示をするのも非常に効果的である。さらに、設計では、簡単な操作でランク１の要素をランクｎ（＞１）の要素に拡張する。さらに、設計では、勿論、８本の送信アンテナの設計に拡張することができる。また、ゲイン情報と相対位相パラメータを使用することにより、ＣｏＭＰ（Coordinated  Multi-Point）や様々な偏波アンテナの関係のケースに拡張できる可能性がある。
【００１８】
さらに、本開示の一つまたは複数の実施形態によると、従来の積ベクトル量子化器、置換ベクトルの量子化器、半順序ビット割当て量子化器の原理を組み合わせ構造化されたコードブック設計を開示する。さらに、本発明の実施形態は、ＣＳＩ量子化への特別な応用と、様々な無線使用状況に応用可能なサーチに合った構造化されたサーチが可能になる。
【００１９】
本開示の一つまたは複数の実施形態によるコードブック設計とサーチ方法では、目下、ＬＴＥで使用されているＰＭＩビットよりも多くのビットをサポートできる複雑性の低い方法を提供する。設計構造では、ＰＭＩビットを異なるパラメータに分けて、それを一連の操作を用いてサブベクトルのグループで個別にサーチすることができる。場合によっては、かかる操作やサブベクトルのグループを、期待するアンテナの特性とアンテナの使用状況に必然的に合わせる。
【００２０】
本発明の一つまたは複数の実施形態によると、構造化されたコードブックには、ゲインと置換のジョイント・コードブック、サブベクトル内位相コードブック、及びサブベクトル間位相コードブックを含めることができる。
【００２１】
本開示の一つまたは複数の実施形態による設計及びサーチ方法はまた、ランク１の要素に対する単純な操作（たとえば、置換や共役）でランクｎ＞１のプリコーディング行列コードブックを簡単に定義する方法を提供することができる。これにより、構造的な計算をして、ＰＭＩとＣＱＩ（Channel  Quality  Indication）を決定する際の計算負荷を低減することができる。この設計では、有利なことに、ＰＭＩとＲＩからなる既存のタイプのＬＴＥフィードバックメカニズムを利用することができる。
【００２２】
さらに、この設計は必然的に、たとえば、５，６，８等、他の数の送信アンテナに対応するように拡張することができる。ゲイン情報や相対位相パラメータを使用することで、また、ＣｏＭＰや様々な偏波アンテナ関係などのケースに拡張できる可能性もある。
【００２３】
本開示の一つまたは複数の実施形態によると、ＢビットコードブックＣＢのランク１要素
0005748913.tif 000002
は、ゲイン情報や位相情報を異なるビットに別途符号化することで表すことができる。各ベクトルは、２つの２次元サブベクトルとそのサブベクトルの関係を定義する情報により表すことができる。位相情報は、各サブベクトル内の相対位相とサブベクトル間の相対位相の両方を表している。ゲイン情報は、対応するビット割当てとともに置換コードブックを用いて４次元ベクトルにまとめて符号化することができる。置換により、様々なアンテナをサブベクトル割当て、したがって、様々なアンテナが考えられるゲイン値に割り当てられる。ゲイン値は、ゲインベクトルにより定義されるが、それはまた、異なる位相成分へのビット割当てを定義することができる。
【００２４】
本開示の一つまたは複数の実施形態によると、ターゲットベクトル
0005748913.tif 000003
について、ベクトルの正確な位相に並ぶように、チャネル方向の量子化が最大値をとるようにコードブックを設計する。具体的に、コードブックにおける最適要素を以下の式により選択する。
【００２５】
【数１】
0005748913.tif 000004
【００２６】
注目すべきことに、この最適要素の定義による一つの効果として、ターゲットベクトルとコードブックのいずれかの要素のどちらかの全体の位相の変化が最適選択に影響を与えることはない。具体的に、影響がないことは少なくとも以下の式に表れている。
【００２７】
【数２】
0005748913.tif 000005
【００２８】
さらに、通常の操作では、ｑはノルム１のベクトルである。このベクトルに対し追加した“ゲイン”は、全体の強度、たとえば、チャネルのＳＮＲを示し、他のパラメータ、たとえば、チャネル品質インジケータ（ＣＱＩ：Channel  Quality  Indicator）の値で表される。
【００２９】
結果として、コードブックの構造は、ｖに近似した平均二乗誤差を表すよう設計されている場合よりも複雑性の低い次元で表現する必要があるものである。その複雑性の低い次元のコードブック構造は、一つの無関係な全体位相とノルム１のベクトルへの限定の組み合わせから得られる。したがって、コードブックの要素は、“有効に”４次元スペースの３次元サブスペースに存在する。これは、実際、各ベクトル
0005748913.tif 000006
の要素の一つが実際に実質正のスカラー（位相＝０）であると仮定するコードブックと、すべての
0005748913.tif 000007
に対し||ｖ||＝１によってコードブックに示される。
【００３０】
ランク１  ＰＭベクトルとパラメータ
【００３１】
本開示の一つまたは複数の実施形態によると、各要素ｖは４つのパラメータで定義される。第一のパラメータは、ｂｇビットを用いて指定されるゲインベクトルと置換の組み合わせである。また、これを用いて３つの異なる位相成分の間のビット割当てを定義することができる。第二と第三のパラメータは、２つのサブベクトル内相対位相スカラーθ１，θ２であり、それぞれｐ１，ｐ２ビットで表される。第四のパラメータは、ｐ３ビットで表されるサブベクトル間位相スカラーθ３である。
【００３２】
さらに、本開示の一つまたは複数の実施形態によると、Ｂビットコードブックは、コードブックに定義されたすべての可能なベクトル要素に対してｂｇ＋ｐ１＋ｐ２＋ｐ３＝Ｂで定義される。このように、４つのパラメータのすべての値のすべての組み合わせで表される２Ｂのビットの組み合わせで２Ｂの独自のコードベクトルを定義する。
【００３３】
ここで注目すべきは、値ｐ１，ｐ２，ｐ３がコードブックの異なる要素に対して同じである必要がない点である。上述の通り、値ｐ１，ｐ２，ｐ３は、ｂｇゲイン／置換ビットで定義される情報に適応させることができる。これは、Ｂが大きな値のとき、とりわけ興味深いものとなる。
【００３４】
本開示の一つまたは複数の実施形態によると、各要素ｖは以下の構造を備える。
【００３５】
【数３】
0005748913.tif 000008
【００３６】
次に、これらのパラメータそれぞれの表示について詳しく説明する。
【００３７】
置換とゲインのジョイント・コードブック
【００３８】
置換Ｉ＝｛ｉ（１），ｉ（２），ｉ（３），ｉ（４）｝とゲインベクトルｇ＝｛ｇ（１），ｇ（２），ｇ（３），ｇ（４）｝を、２＾｛ｇｂ｝の組み合わせの一つとして定義する。これらの組み合わせは、ｇｂビットのコードブックをなしている。異なるＢ値に対して異なる値ｇｂが使用され、それは全ビット値Ｂの意味内でその情報に求められる相対的な精度により定義される通りである。その値ｇｂは、それぞれ異なる構造を備えることができる。
【００３９】
本開示の一つまたは複数の実施形態によるｇｂ＝２ビットのコードブック設計を図３に示す。本形態には注目すべき有用な点がいくつかある。一つ目に、値α（ｄＢ）で定義される単一ゲインベクトルがあることである。α＞０と仮定すると、第一要素はｇ（１）＞ｇ（２）＝ｇ（３）＝ｇ（４）となる。別の点として、ｋ番目の置換の第一要素がｋということである。基本的に、ターゲットＣＳを表すのに最適な置換の一つは、ＣＳのｋ番目のアンテナのゲインが最大である場合、ｋ番目の置換となる。このアンテナが最大のゲイン値g(1)を得る。さらに、かかるコードブックの設計では、使用すべき値αを、様々な条件でのシミュレーションテストを用いてあらかじめ選択して、量子化器の全性能を最大限引き出すようにすることができる。この例を以下に説明する。
【００４０】
図４に示す表２では、本開示の一つまたは複数の実施形態によるｇｂ＝３の場合の置換−ゲインのジョイント・コードブックの設計デザインの一例を示す。この実施形態に関し有用なポイントがいくつかある。一つ目は、ゲインベクトルが２つあり、一つは等しいゲインベクトルであり、もう一つのゲインベクトルは、値β（ｄＢ）で定義されるということである。β＞０と仮定すると、第一要素ｇ（１）＝ｇ（２）＞ｇ（３）＝ｇ（４）が得られる。
【００４１】
別の注目点として、本開示の一つまたは複数の実施形態によると、コードブックインデックス値０の置換が、等しいゲインベクトルの使用に関連付けされている。このように、ゲインの観点から、多くの置換を使用することができるが、アンテナへのゲイン割当ての点ではすべて等しい。しかしながら、この方法においては、アンテナをサブベクトルにマッピングするために、置換を特定する必要が考えられる。このように、置換［１，２，３，４］を、一般性を欠くことなく使用することができる。
【００４２】
さらに、これも注目に値することだが、本開示の一つまたは複数の実施形態によると、コードブックインデックス値１，２，．．．，６に対する置換では、より大きいゲイン値｛ｇ（１），ｇ（２）｝を得るアンテナとして２本のアンテナが選択されることを示している。これらの要素は、不平等なゲインのゲインベクトルの使用を示している。注目すべきことに、不平等なゲインのゲインベクトルを値βでパラメータ化することもできる。この値は、様々な条件での多くのシミュレーションを用いたサーチにより先験的に設計し、選択することができる。
【００４３】
さらに、注目すべきことに、本開示の一つまたは複数の実施形態では、ゲインベクトルにより量子化部が通常倍率の異なる独立したアンテナのケースに対応することが可能となる。さらに、この設計は、強く依存したアンテナからなる交差偏波配置にもよく適用することができる。具体的に、交差偏波配置では、偏向により、平均アンテナ受信強度が異なることがある。ここで、交差偏波配置による２つのアンテナペア間のゲインの不均等を示すには、置換値１，２，．．．，６のうち少なくとも２つが役立つ。
【００４４】
図５に示す表３は、本開示の一つまたは複数の実施形態によるｇｂ＝４ビットの場合の置換−ゲインのジョイント・コードブックの一デザインを示す。注目すべきは、３つのゲインベクトルがあることである。一つは、値κ（ｄＢ）で定義される。値κは０ｄＢより大きく、第一要素ｇ（１）＞ｇ（２）＝ｇ（３）＝ｇ（４）である。別の２つは、２つの値δとτ（ともにｄＢ）にそれぞれ定義される。両値とも０ｄＢより大きく、第一要素ｇ（１）＝ｇ（２）＞ｇ（３）＝ｇ（４）である。要素やパラメータの数が増えると、アンテナ間のゲインの変動のモデリングをより正確にすることが可能になる。さらに、インデックス値１，２，．．．，６と７，８，．．．，１５の置換では、より大きなゲイン値｛ｇ（１），ｇ（２）｝を得るアンテナとして２本のアンテナを選択することを示している。３ビットの設計でも、置換構造を交差偏波配置に使用することができる。
【００４５】
置換、ゲイン及び位相ビット割当ての組み合わせ
【００４６】
本開示の一つまたは複数の実施形態によると、置換−ゲインのコードブックの設計を拡張して、異なる位相成分へのビット割当てを可能にして、使用しているゲインベクトルと置換をサポートする設計にすることができる。たとえば、Ｂ＝２０で、図５に示す４ビットのゲインのコードブック構造を使用した設計の実施形態を使用した場合、ｐ１＋ｐ２＋ｐ３＝２０−４＝１６となる。
【００４７】
別の例では、本開示の一つまたは複数の実施形態によると、インデックス値０，１，２，３に対応する置換−ゲインの要素に対し、κ値を中位の値で、たとえば３．０ｄＢとした設計を仮定した場合、その設計にはｐ２よりもｐ１により多くのビットを使用することになる。これは、第一のサブベクトルが第二のサブベクトルよりもより高いゲインを有するアンテナを備えていることによる。しかしながら、中位のゲイン差を考えると、ｐ１に割り当てられるビットはｐ２に比べて一つ多いだけである。
【００４８】
別の例では、本開示の一つまたは複数の実施形態によると、インデックス値４，５，．．．，９に対応する置換−ゲイン要素について、値δがより大きい値、たとえば、９．０ｄＢ程度となる設計を仮定すると、再度、この場合の設計ではｐ２に比べてｐ１により多くのビット使用することになる。これは、第一のサブベクトルのアンテナのゲインが、第二のサブベクトルに比べてより高いからである。しかしながら、ゲイン差が大きいとすると、インデックス値０，１，２，３に比べてｐ１（ｐ２）には３ビット多く（少なく）割り当てられる。
【００４９】
別の例では、本開示の一つまたは複数の実施形態によると、インデックス値１０，１１，．．．，１５に対応する置換−ゲイン要素について、値τが中位の値、たとえば、３．０ｄＢ程度となる設計であるとすると、さらにまた、この場合も、ｐ２に比べてｐ１に対し、より多くのビットを使用する設計となる。しかしながら、この場合には、ビット割当ての差が少なく、ｐ２よりもｐ１に１ビットだけ多く割り当てられるだけである。この設計原理もまた、基本的に、図４の３ビットのコードブック設計に拡張できる。量子化プロセスのフローチャートを図２に示す。
【００５０】
位相コードブック
【００５１】
本開示の一つまたは複数の実施形態によると、位相コードブックは、それぞれ０から２πの位相のサンプリングを示している。さらに、一つまたは複数の実施形態において、所定の位相値に対しサンプリングする粒度をビット数（すなわち、ｐ１，ｐ２またはｐ３）で定義し、位相のサンプリングを一定にすることができる。そのようなビット割当ては、先に注目したように、ゲイン−置換の情報に適用することができる。
【００５２】
本開示の一つまたは複数の実施形態によると、一定のサンプリングを使用するサブベクトル内位相の場合、位相コードブックを以下のような２次元ベクトル要素のコードブックとして考えることができる。
【００５３】
【数４】
0005748913.tif 000009
【００５４】
同様に、サブベクトル間位相コードブックも同様の構造をとるが、スカラー値のみを必要とする点が異なる。それを以下に示す。
【００５５】
【数５】
0005748913.tif 000010
【００５６】
これらのベクトルとスカラーのコードブックを使うことは、複雑性の低いコードブックサーチを実行するときに有用である。
【００５７】
複雑性の低い最適ＰＭＩのサーチ
【００５８】
本開示の一つまたは複数の実施形態によると、コードブック構造により、以下に説明するように、受信側での最大比結合（ＭＲＣ：Maximal-Ratio  Combining）を仮定した既存のランク１フィードバックサーチに適用可能で複雑性の低い方法を実行することができる。
【００５９】
コードブック構造及び低複雑性の方法をまた、主成分分析により定義される値
0005748913.tif 000011
のサーチに適用することができる。これは、少なくともサーチ方法の形態の一例であり、主成分分析により定められるＣＳのフィードバックに適用することができる。
【００６０】
図７Ａから図７Ｃは、本開示の一つまたは複数の実施形態によるサーチのステップと、関連する大まかな複雑性の推測の概要を示す図である。さらに、図１は、本開示の一つまたは複数の実施形態による操作の基本フローチャートの概要を示す。図１に示すように、置換とゲインの情報は、アンテナそれぞれのエネルギー、すなわち、ゲインの簡単な順位づけにより判定することができる。サブベクトル内位相情報は独立してサブベクトル毎に別個にサーチされる。サブベクトル間情報のサーチは、サブベクトル内位相とゲインの情報によって決まる計算前のスカラー値を用いた複雑性の低いサーチである。
【００６１】
具体的に、図１に示すように、本開示の一つまたは複数の実施形態によると、量子化プロセスは、置換−ゲインのジョイント・コードブックにインデックスを特定するｂｇフィードバックビットを定めることにより置換とゲインの情報を選択することから始まる（Ｓ１００）。次に、量子化プロセスでは、ターゲットベクトルを、置換を基に２つのサブベクトルに分ける（Ｓ１０１）。ひとたび分割すると、次は、θ１を示すｐ１ビットを定義することによりサブベクトル１に対するサブベクトル内位相情報を選択する（Ｓ１０２）。次いで、θ２を示すｐ２ビットを定義することによりサブベクトル２に対するサブベクトル内情報を選択する（Ｓ１０３）。そして、θ３を示すｐ３ビットを定義することによりサブベクトル間位相を選択する（Ｓ１０４）。最後に、基地局への送信用に、ｂｇ、ｐ１、ｐ２そしてｐ３ビットの情報をプリコーディング行列インジケータにまとめることで量子化プロセスが完了する（Ｓ１０５）。
【００６２】
図２に示すように、本開示の一つまたは複数の実施形態によると、適応ビット割当てと位相成分を用いる移動端末での量子化は、置換−ゲインのジョイント・コードブックにおいてインデックスを指定するｂｇフィードバックビットを定めることにより置換とゲインの情報を選択することから始まる（Ｓ２００）。ひとたび選択されると、ターゲットベクトルを、置換を基に２つのサブベクトルに分け（Ｓ２０１）、置換−ゲインのジョイント・コードブックのインデックスから位相成分へのビット割当て｛ｐ１，ｐ２，ｐ３｝を得る（Ｓ２０２）。ひとたび、分割し導き出すと、次は、ｐ１について、θ１を示すｐ１ビットを定義することによりサブベクトル１に対するサブベクトル内情報を選択する（Ｓ２０３）。次いで、ｐ２について、θ２を示すｐ２ビットを定義することによりサブベクトル２に対するサブベクトル内情報を選択する（Ｓ２０４）。そして、ｐ３についてθ３を示すｐ３ビットを定義することによりサブベクトル間位相を選択する（Ｓ２０５）。最後に、基地局への送信用に、ｂｇ、ｐ１、ｐ２そしてｐ３ビットの情報をプリコーディング行列インジケータにまとめることで量子化プロセスが完了する（Ｓ２０６）。
【００６３】
置換とゲインの結合符号化の動作例
【００６４】
量子化ゲインの例として、そして、置換−ゲインを組み合わせたアプローチの効率性および図６の複雑性の低いサーチ方法として、提示した方法の量子化エラー試験の実験結果を図９に示す。
【００６５】
コードブックＣＢの量子化エラーを、以下の式（metric）を用いて量子化する。
【００６６】
【数６】
0005748913.tif 000012
【００６７】
この量子化エラーの値が低ければ低いほど、設計のパフォーマンスが良いものとなる。
【００６８】
図９は、本開示の一つまたは複数の実施形態によるＩＴＵ−Ｒチャネルを使用するテストから得られる最適設計の動作性能を示す図である。データセットは、ランダムに生成されるたくさんのチャネルの時系列応答を用いてチャネル“q”の８００，０００のサンプリングを示している。これらの時系列の応答を用いて様々な周波数地点でのチャネルの４ｘ１周波数ＣＳ値をサンプリングする。ここで使用しているチャネルは、non  Line  of  Sight  (nLOS)の条件で２／１波長間隔の同偏波（co-polarized）アンテナを備えたUrban  Micro  (UMi)チャネルである。レーリーチャネルを有する独立したアンテナから得られるチャネルサンプルに対するＢビット量子化操作における理論上のパフォーマンス上限は２−Ｂ／３である。このように、Ｂ＝１２ビットでは、この上限値のlog2()は−４．０である。テストでは、説明したUrban  Microのケースではほぼ同じパフォーマンス上限となることを示している。
【００６９】
図９に示すように、パフォーマンスは、置換−ゲインのコードブックのサイズを４ビットまで大きくすることでｂｇ＝０から４ビットまでは単調に改善される。さらに、ｂｇ＝１２では、レーリーチャネルの定義する上限近くに達すると、それは、ＵＭｉのケースの上限にも近くなる。したがって、結果では、ＣＳにおいてゲイン情報を示すことはパフォーマンスを高めるために重要である。さらに、提示した設計及び量子化サーチ方法により、ほぼ上限に近いパフォーマンスが得られる。
【００７０】
ランクｎ（ｎ＞１）の拡張
【００７１】
本開示の一つまたは複数の実施形態によると、考えられるどのターゲットについても、置換−ゲインと位相インデックスｇ＊、ｎ＊、ｍ＊及びｒ＊（すなわち、値ｇ、置換及び値θ１、θ２及びθ３）の組み合わせにより定義することができ、ランク１ベクトルに対しランク（ｎ＞１）（ｎ≦４）を定義するのに簡単な方法がある。
【００７２】
具体的に、例として、ランク１のコードブックの要素を次のように考えることができる。
【００７３】
【数７】
0005748913.tif 000013
【００７４】
上記ランク１のコードブックを考慮すると、対応するランク２コードブックの要素の一つの定義として以下が考えられる。
【００７５】
【数８】
0005748913.tif 000014
【００７６】
これは定義できる一つの例に過ぎず、ｖに直交するベクトルｖ２は多く考えられる。この特定の定義の性質の一つとして、サブベクトルは同じゲイン値、すなわち、ｖ２における要素のペアを維持しており、ｖのように同じゲインのペアを使用している。また、アンテナの異なるサブベクトルへの割当が維持されるので、ランク１とランク２の判定とサーチに対するＰＭＩとＣＱＩのサーチを好適にサブベクトルに分解することができる。さらに、その定義は、要素のペアを単に反転したり、値をマイナスにしたり共役させたりすることで簡単に作成することができる。
【００７７】
本開示の一つまたは複数の実施形態によると、ランク３とランク４の要素もまた定義することができる。
【００７８】
たとえば、本開示の一つまたは複数の実施形態によると、以下のベクトルｕ３はｖに対し直交しているが、必ずしもｖ２に直交しているわけではない。
【００７９】
【数９】
0005748913.tif 000015
【００８０】
しかしながら、ランク３の要素ｖ３は以下の通り定義できる。
【００８１】
【数１０】
0005748913.tif 000016
【００８２】
さらに、本開示の一つまたは複数の実施形態によると、以下のベクトルｕ４は、ｖに直交しているが、必ずしもｖに直交しているわけではない。
【００８３】
【数１１】
0005748913.tif 000017
【００８４】
しかしながら、ランク４の要素ｖ４は以下の通り定義できる。
【００８５】
【数１２】
0005748913.tif 000018
【００８６】
本開示の一つまたは複数の実施形態によると、このシステムにおいては、ユーザによるランクｎ＞０のフィードバック（及び要求に基づく送信）は、２つの手順に従って行うことができる。一つは、ベクトルｖ、ｖ２、ｖ３及びｖ４を順序付けすることである。フィードバックでは、２つの追加ビットのRank  Indicator（ＲＩ）が含まれ、受信側が求めるランクを特定する。ここで、ランク１の場合、ｖのみの使用を意味し、ランク２の場合、｛ｖ，ｖ２｝のペアの使用を意味し、ランク３の場合、｛ｖ，ｖ２，ｖ３｝の３つの組合せの使用を意味し、ランク４の場合、｛ｖ，ｖ２，ｖ３，ｖ４｝すべての使用を意味する。これを図１０に示すが、それは、ＬＴＥ  Ｒｅｌｅａｓｅ９の４ビットコードブックで使用される手順に準じる。
【００８７】
他の例では、ランク２で要求されたフィードバックの場合において、二番目のベクトルをフレキシブルに選択できるようにするものである。たとえば、ランク２の送信では、さらなる２つの追加ビットだけで、ランク１のベクトルに続くベクトルを十分フィードバックできる。これを図１１に示す。
【００８８】
アンテナゲインが大きく不均衡な場合の不定期なゲインフィードバック拡張
【００８９】
本開示の一つまたは複数の実施形態によると、置換−ゲインのコードブックに含まれるゲインベクトルにより、アンテナ間のゲイン差（変動）の幅をモデリングすることができる。アンテナ間のゲイン差の幅が大きい場合には、ゲインに対し多くのビット“ｂｇ”で設計することが考えられるが、これにより、また、位相の精度に関して妥協しないためにより大きなＢが必要となりうる。
【００９０】
しかしながら、アンテナ間のゲイン差の一部の要因の変化が、受信装置が送信装置に送るＣＳＩフィードバックの更新レートに比べて遅いこともある。これには、送信アンテナが異なる地理的位置に配置されるという分散アンテナやＣｏＭＰのケースが含まれる。このように、受信装置と様々な送信アンテナ（あるいは、アンテナ群）の間の比較的静的なパスロスの差が存在しうる。
【００９１】
たとえば、本開示の一つまたは複数の実施形態によると、アンテナ１及び２を、アンテナ３及び４より、受信装置に近く配置する。この場合、システムを拡張してアンテナ１，２とアンテナ３，４に平均的に存在する比較的静的なゲイン差Ｇｄｉｆｆ，Ｇｄｉｆｆ＞０を要求したり、あるいは他の情報から推測したりすることができる。
【００９２】
たとえば、これは、異なるアンテナペアが存在する各場所のＵＥが個別に測定したパスロスでサポートすることができる。ＵＥでのパスロスの測定は、アンテナ１，２とアンテナ３，４の個別のチャネル状態情報参照信号（ＣＳＩ−ＲＳ：Channel  State  Information  Reference  Signals）構成で行うことができる。パスロスの測定は、受信装置から基地局に高い負荷サイクル（100  msec程度）でフィードバックするか、あるいは、まったくフィードバックせずＵＥから送信される上りリンクＳＲＳ（Sounding  Reference  Signals）を基に各分布点で直接推測してもよい。当業者なら代替案も考えられるであろう。
【００９３】
本開示の一つまたは複数の実施形態によると、上述のサポートと、受信装置と送信装置で利用可能な情報“Ｇｄｉｆｆ”があれば、置換−ゲインのコードブックを用いて、より効率的に、早いフェージングなどの影響によるゲインのランダムな変動に注目し表すことができる。
【００９４】
そのプロセスの概要を図８Ａから図８Ｄで説明する。具体的に、図８Ａから図８Ｄのプロセスには、“Ｇｄｉｆｆ”を説明するため、図７Ａから図７Ｃに示すステップに変更が加えられている。すなわち、ゲインベクトルの決定から“Ｇｄｉｆｆ”を得た後でゲインベクトルを選択するステップ１Ａが含まれる。また、ステップ１Ｂでは、選択したゲインベクトルと“Ｇｄｉｆｆ”で定義される新たなゲインベクトルｇ２を作成する。ステップ１Ｃでは、ビット割当てをさせるのに全体のアンテナゲインが重要になることから、このゲイン差とゲインベクトルとから得られる整数値でビット割当てを行う。さらに、各整数値には、ルックアップテーブルがあり、そこに使用するビット割当て｛ｐ１，ｐ２，ｐ３｝を定義する。残りのステップ３、４、５及び６では、選択したゲインベクトルと“Ｇｄｉｆｆ”で定義される新たなベクトルｇ２を用いる。
【００９５】
受信装置処理をmetricへ含めるコードブックサーチ
【００９６】
ＣＳのランク１またはランク２の表示を選択する際、受信装置は、様々な周波数帯域でのビームフォーミング後の信号対ノイズ比ＳＮＲの予想値と、そのＳＮＲによりサポートされるレートを考慮することができる。実際、これは、既存の４ビットのコードブックの使用についてＬＴＥが提案するプロセスである。この方法はこの技術常識に通じたものには周知である。
【００９７】
本開示の一つまたは複数の実施形態によると、受信装置は、Ｔバンド用に４ｘ２のＣＳＩを測定している（ｔ＝１，２，．．．Ｔ）。バンドｔのＣＳＩはＱｔで表され、Ｑｔは、複素４ｘ２行列である。受信装置から送信装置に送られる量子化されたランク１のＣＳ値は、上述の通りｖである。次いで、受信装置はこのｖ値を送信装置でのビームフォーミングベクトルとして、以下の式を用いて“チャネル品質”を推測する。
【００９８】
【数１３】
0005748913.tif 000019
【００９９】
当業者なら、コードブックの設計構造を用いてこのチャネル品質の基準に対し望ましいｖを求めることができよう。そうするために、サーチの計算式の細部にちょっとした変更を加え、図７Ａから図７Ｃと図８Ａから図８Ｄのサーチステップのそれぞれに基準（metric）を含めることができる。
【０１００】
たとえば、本開示の一つまたは複数の実施形態では、以下の通り、図７Ａから図７Ｃにおいてゲインの判定に変更を加えている。具体的に、単一のベクトル“ｖ”ですべての行列Ｑｔ（ｔ＝１，２，．．．Ｔ）のすべての位相を完全に揃えることができる。これにより、図７Ａから図７Ｃと図８Ａから図８Ｄのステップ１と同様に以下の計算をすることができる。
【０１０１】
【数１４】
0005748913.tif 000020
【０１０２】
単一の“ｑ”でのサーチに比べて、このサーチでは、ゲインによるアンテナの順序付けよりも、すべての組み合わせを別個に考慮しなければならない。この新たなサーチでは、２＾｛ｇｂ｝で変化する複雑さがある。しかしながら、チャネルＱｔ（ｔ＝１，．．．Ｔ）が非常に似ているなら、すなわち、一貫性が高い場合、ゲインによるアンテナの順序付けを用いたサーチを利用することができる。
【０１０３】
サブベクトル内位相判定：図７Ａから図７Ｃの変更点
【０１０４】
一つのサブベクトルの位相の判定が他のサブベクトルの判定に影響を与えることはほとんどない。最適なサーチでは、サブベクトル間の位相とサブベクトル内の位相の両方をまとめてサーチすることが考えられる。しかしながら、これでは十分大きいｐ１、ｐ２及びｐ３に対し、無視できるほどわずかなゲインに至ることもある。したがって、サブベクトル内の位相は個別にサーチすることができる。ベクトル内の位相をそれぞれサーチするには、最初のサブベクトルのケースのみ注意すればよく、二番目のサブベクトルのケースは続く値となる。
【０１０５】
【数１５】
0005748913.tif 000021
【０１０６】
第二サブベクトルのサブベクトル内位相の最適インデックスｍ＊は続く値となる。
【０１０７】
サブベクトル間位相の決定：図７Ａから図７Ｃの変更点
【０１０８】
一つのサブベクトルの位相の判定が他のサブベクトルの判定に影響を与えることはほとんどない。最適なサーチでは、サブベクトル間の位相とサブベクトル内の位相の両方をまとめてサーチすることが考えられる。しかしながら、これでは十分大きいｐ１、ｐ２及びｐ３に対し、無視できるほどわずかなゲインにしか至らない。ベクトル内の位相をそれぞれサーチするには、最初のサブベクトルのケースのみ注意すればよく、二番目のサブベクトルのケースは続く値となる。
【０１０９】
【数１６】
0005748913.tif 000022
【０１１０】
４より大きい偶数のアンテナへの拡張
【０１１１】
上記操作説明では、本開示の一つまたは複数の実施形態によると、ゲインをすべての領域に対しまとめて符号化していた。ゲインのジョイントコーディングを行った領域を分割することもできる。実際、これは高次のＭＩＭＯ（たとえば、８Ｔｘ）やＣｏＭＰ送信に重要になる。
【０１１２】
具体的に、たとえば、８Ｔｘの場合、ゲインのジョイントコーディングを８つすべて（ｇ＝［ｇ（１），ｇ（２），ｇ（３），ｇ（４），ｇ（５），ｇ（６），ｇ（７），ｇ（８）］）、または４つのサブベクトル毎に分けて（ｇ１＝［ｇ（１），ｇ（２），ｇ（３），ｇ（４）］及びｇ２＝［ｇ（５），ｇ（６），ｇ（７），ｇ（８）］で行うことができる。
【０１１３】
【数１７】
0005748913.tif 000023
【０１１４】
他の偶数本のアンテナへの拡張、たとえば、６本または１２本のアンテナへの拡張では、同様に、より小さい２または４の量子化値から量子化値を構成するか、ゲインの量子化をまとめて行うか、あるいはゲインをサブベクトルに（それ自体の個別置換で）分割したりすることにより行うことができる。
【０１１５】
奇数本のアンテナへの拡張
【０１１６】
奇数本の場合、偶数とさらに残りの一つの領域とに分割することができる。たとえば、５Ｔｘ送信の場合、プリコーディングベクトルは以下のように構成される。
【０１１７】
【数１８】
0005748913.tif 000024
【０１１８】
コードブック設計を奇数本の送信アンテナに拡張する直接的な一つの方法は、本開示の一つまたは複数の実施形態によると、余った最後の領域の位相情報θ４を他の領域の位相情報とは別にフィードバックすることである。一方、ゲイン情報は、依然として、他の領域のゲイン情報とジョイントコーディングによりまとめてフィードバックすることができる（ｇ＝［ｇ（１），ｇ（２），ｇ（３），ｇ（４），ｇ（５）］）。
【０１１９】
提示した設計例は、奇数でも偶数でも様々な数のアンテナ構成に拡張することができ、また様々な分割領域に拡張することができる。
【０１２０】
本発明をいくつかの実施形態に関して説明してきたが、本開示の恩恵を受ける当業者なら、本書で説明した発明の範囲を逸脱することなく他の実施形態を考え出すことができるであろう。したがって、本発明の範囲は別紙の特許請求の範囲でのみ限定されるものではない。
【図１】
0005748913.tif 000053
【図２】
0005748913.tif 000054
【図３】
0005748913.tif 000055
【図４】
0005748913.tif 000056
【図５】
0005748913.tif 000057
【図６】
0005748913.tif 000058
【図７Ａ】
0005748913.tif 000059
【図７Ｂ】
0005748913.tif 000060
【図７Ｃ】
0005748913.tif 000061
【図８Ａ】
0005748913.tif 000062
【図８Ｂ】
0005748913.tif 000063
【図８Ｃ】
0005748913.tif 000064
【図８Ｄ】
0005748913.tif 000065
【図９】
0005748913.tif 000066
【図１０】
0005748913.tif 000067
【図１１】
0005748913.tif 000068